Глюкозный транспортёр

Sugar_tr
Идентификаторы
Символ	Sugar_tr
Pfam	PF00083
Pfam clan	CL0015
InterPro	IPR005828
PROSITE	PDOC00190
TCDB	2.A.1.1
OPM superfamily	15
OPM protein	4gc0
Доступные структуры белков
Pfam	структуры
PDB	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	3D-модель

Глюкозные транспортёры (англ. Glucose transporter, сокр. GLUT или ГЛЮТ) — большая группа мембранных белков, отвечающих за перенос глюкозы через клеточную мембрану. Поскольку глюкоза является жизненно важным источником энергии, эти белки присутствуют у всех типов живых организмов.

Отдельно выделяют GLUT (ГЛЮТ), или SLC2A — семейство белков-переносчиков глюкозы, встречающихся в большинстве клеток млекопитающих. Так, в человеческом геноме закодировано двенадцать белков семейства GLUT. Они представляют собой транспортные белки-унипортеры.

Синтез свободной глюкозы

Глюкоза

Большинство не автотрофных организмов неспособны производить свободную глюкозу, поскольку у них отсутствует экспрессия фермента глюкозо-6-фосфатазы. Таким образом, они способны осуществлять только поглощение и катаболизм глюкозы. Однако, в условиях голодания некоторые ткани и органы, такие как гепатоциты, кишечник, мышцы, мозг и почки, способны осуществлять синтез глюкозы, вследствие активации процесса глюконеогенеза.

Транспорт глюкозы у дрожжей

В клетках модельного организма Saccharomyces cerevisiae транспорт глюкозы происходит путём облегчённой диффузии^{[англ.][1]}. Большинство транспортных белков этого организма относятся к семейству Hxt, но есть и множество белков транспортёров из других семейств^[2].

Название	Характеристики	Описание
Snf3		высокое сродство к глюкозе; подавляется глюкозой; низкий уровень экспресси; подавляет синтез Hxt6
Rgt2		низкое сродство к глюкозе; низкий уровень экспресси
Hxt1	Km: 100 мM[3], 129 - 107 мM[1]	низкое сродство к глюкозе; синтез индуцируется высоким уровнем глюкозы
Hxt2	Km = 1.5[1] - 10 мM[3]	высокое/среднее сродство к глюкозе; синтез индуцируется низким уровнем глюкозы[3]
Hxt3	Vm = 18.5, Kd = 0.078, Km = 28.6/34.2[1] - 60 мM[3]	низкое сродство к глюкозе[3]
Hxt4	Vm = 12.0, Kd = 0.049, Km = 6.2[1]	среднее сродство к глюкозе[3]
Hxt5	Km = 10 мM[4]	Среднее сродство к глюкозе. Сильная экспрессия в фазе стационарного роста, при образовании спор и в условиях низкой концентрации глюкозы. Транскрипция подавляется глюкозой[4].
Hxt6	Vm = 11.4, Kd = 0.029, Km = 0.9/14[1], 1.5 mM[3]	высокое сродство к глюкозе[3]
Hxt7	Vm = 11.7, Kd = 0.039, Km = 1.3, 1.9,[1] 1.5 mM[3]	высокое сродство к глюкозе[3]
Hxt8		низкий уровень экспрессии[3]
Hxt9		участвует в множественной лекарственной устойчивости[3]
Hxt11		участвует в множественной лекарственной устойчивости[3]
Gal2	Vm = 17.5, Kd = 0.043, Km = 1.5, 1.6[1]	высокое сродство к галактозе[3]

Транспорт глюкозы у млекопитающих

GLUT (ГЛЮТ) — интегральные мембранные белки, содержащие 12 пересекающих клеточную мембрану спиралей, при этом амино- (N-конец) и карбоксильный (C-конец) концы выходят со стороны клеточной мембраны, обращенной к цитоплазме. ГЛЮТ переносят глюкозу и связанные гексозы в соответствии с моделью альтернативных конформаций^[5][6][7], которая предсказывает, что транспортёр выставляет свой единственный участок связывания субстрата либо внутрь, либо наружу клетки. Связывание глюкозы с участком провоцирует конформационное изменение, связанное с транспортом, и приводит к высвобождению глюкозы с противоположной стороны клеточной мембраны. Внутренние и внешние участки связывания глюкозы, как считается, расположены на трансмембранных сегментах 9, 10 и 11^[8]. Мотив QLS на седьмом трансмембранном сегменте возможно может определять селективность и аффинность транспорта^[9][10].

Типы

См. также: Углеводный_обмен § Глюкозные транспортёры

Каждая изоформа глюкозного транспортёра играет определенную роль в метаболизме глюкозы, в зависимости от её тканевой экспрессии, субстратной специфичности, кинетики транспорта и регуляции экспрессии в различных физиологических условиях^[11]. На данный момент обнаружено тринадцать белков-транспортёров семейства GLUT/SLC2^[12]. На основании сходства аминокислотных последовательностей они разделены на три подкласса.

Класс I

К классу I относятся транспортёры GLUT1-GLUT4^[13].

Название	Распространение	Описание
GLUT1	Широко распространён в зародышевых тканях. У взрослых сильнее всего экспрессируется в эритроцитах и эндотелиальных клетках барьерных тканей, например в гемато-энцефалическом барьере. Помимо этого, он ответственен за минимальный базальный уровень поглощения глюкозы всеми клетками организма, необходимый для поддержания клеточного дыхания.	Уровень GLUT1 в клеточной мембране повышается при снижении уровня глюкозы и уменьшается при его повышении.
GLUT2	Это транспортёр глюкозы, работающий в двух направлениях. Экспрессируется клетками почечных канальцев, печени и бета-клетками поджелудочной железы. Также его можно обнаружить в базолатеральной мембране эпителия тонкой кишки. Двунаправленный транспортёр необходим клеткам печени для поглощения глюкозы в процессе гликолиза, и её высвобождения в процессе глюконеогенеза. В бета-клетках поджелудочной железы, свободная глюкоза необходима для того, чтобы клетки могли точно измерить уровень глюкозы в сыворотке крови. Кроме этого GLUT2 осуществляет транспорт глюкозы, галактозы и фруктозы из клеток слизистой кишечника в просвет кровеносных сосудов.	Это изоформа с низким сродством. Существуют данные, что основными транспортёрами глюкозы в бета-клетки на самом деле являются GLUT1 и GLUT3.
GLUT3	В основном экспрессируется в нейронах (где, как полагают, он является главной изоформой глюкозного транспортёра) и плаценте.	Это изоформа с высоким сродством к глюкозе, что позволяет ей осуществлять транспорт при низких концентрациях глюкозы.
GLUT4	Обнаружен в жировой ткани, а также в скелетных мышцах и миокарде.	Этот транспортёр регулируется инсулином. Осуществляет инсулин-зависимое поглощение глюкозы.

Классы II/III

К классу II относятся:

• GLUT5 (SLC2A5), переносчик фруктозы
• GLUT7 - SLC2A7 - (SLC2A7), переносит глюкозу из эндоплазматического ретикулума^[14]
• GLUT9 - SLC2A9 - (SLC2A9)
• GLUT11 (SLC2A11)

К классу III относятся:

• GLUT6 (SLC2A6),
• GLUT8 (SLC2A8),
• GLUT10 (SLC2A10),
• GLUT12 (SLC2A12),
• H+/Мио-инозитол транспортёр HMIT (SLC2A13).^[15]

Большинство транспортёров классов II/III было обнаружено относительно недавно в результате деятельности различных геномных проектов.

Функции данных изоформ на данный момент неясны. Некоторые из них (GLUT6, GLUT8) состоят из мотивов, которые способствуют сохранению транспортёров внутри клетки, и таким образом предотвращают транспорт глюкозы. Существуют ли механизмы, способствующие транслокации этих транспортёров на клеточную поверхность, неизвестно, но было выяснено, что инсулин не способствует такой транслокации.

Открытие натрий-глюкозного ко-транспортёра

В августе 1960 года, в Праге, Роберт К. Крэйн представил общественности своё открытие: механизм вторично-активного транспорта глюкозы в сопряжении с натрием в клетках кишечника^[16]. Открытие Крэйном вторично-активного транспорта было первым открытием, показавшим значимость сопряжения потоков в биологии^[17][18].

См. также

• Углеводный обмен
• Транспортная функция белков

Литература

• Кожанова Т.В. ,Жилина С.С.,Мещерякова Т.И., Айвазян С.О., Осипова К.В., Сушко Л.М., Лукьянова Е.Г., Притыко А.Г. Синдром дефицита транспортера глюкозы I типа (болезнь де Виво): клинические и генетические аспекты // Медицинская генетика. — 2016. — № 7. — С. 28—32. — ISSN 2073-7998.

Примечания

1. Maier A., Asano T., Volker A., Boles E., Fuhrmann G F. Characterisation of glucose transport in Saccharomyces cerevisiae with plasma membrane vesicles (countertransport) and intact cells (initial uptake) with single Hxt1, Hxt2, Hxt3, Hxt4, Hxt6, Hxt7 or Gal2 transporters (англ.) // FEMS Yeast Research : journal. — 2002. — Vol. 2, no. 4. — P. 539—550. — doi:10.1111/j.1567-1364.2002.tb00121.x. — PMID 12702270.
2. uniprot list of possible glucose transporters in S. cerevisiae  (неопр.). Дата обращения: 9 июня 2015. Архивировано 27 февраля 2015 года.
3. Boles E., Hollenberg C P. The molecular genetics of hexose transport in yeasts (англ.) // FEMS Microbiology Reviews : journal. — 1997. — Vol. 21, no. 1. — P. 85—111. — doi:10.1111/j.1574-6976.1997.tb00346.x. — PMID 9299703.
4. Diderich J A., Schuurmans J M., Gaalen M C., Kruckeberg A L., Van Dam K. Functional analysis of the hexose transporter homologue HXT5 in Saccharomyces cerevisiae (англ.) // Yeast : journal. — 2001. — Vol. 18, no. 16. — P. 1515—1524. — doi:10.1002/yea.779. — PMID 11748728.
5. Oka Y., Asano T., Shibasaki Y., Lin J., Tsukuda K., Katagiri H., Akanuma Y., Takaku F. C-terminal truncated glucose transporter is locked into an inward-facing form without transport activity (англ.) // Nature : journal. — 1990. — Vol. 345, no. 6275. — P. 550—553. — doi:10.1038/345550a0. — PMID 2348864.
6. Hebert D., Carruthers A. Glucose transporter oligomeric structure determines transporter function. Reversible redox-dependent interconversions of tetrameric and dimeric GLUT1 (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1992. — Vol. 267, no. 33. — P. 23829—23838. — PMID 1429721.
7. Cloherty E., Sultzman L., Zottola R., Carruthers A. Net sugar transport is a multistep process. Evidence for cytosolic sugar binding sites in erythrocytes (англ.) // Biochemistry : journal. — 1995. — Vol. 34, no. 47. — P. 15395—15406. — doi:10.1021/bi00047a002. — PMID 7492539.
8. Hruz P., Mueckler M. Structural analysis of the GLUT1 facilitative glucose transporter (review) (англ.) // Mol. Membr. Biol.^[англ.] : journal. — 2001. — Vol. 18, no. 3. — P. 183—193. — doi:10.1080/09687680110072140. — PMID 11681785.
9. Seatter M., De la Rue S., Porter L., Gould G. QLS motif in transmembrane helix VII of the glucose transporter family interacts with the C-1 position of D-glucose and is involved in substrate selection at the exofacial binding site (англ.) // Biochemistry : journal. — 1998. — Vol. 37, no. 5. — P. 1322—1326. — doi:10.1021/bi972322u. — PMID 9477959.
10. Hruz P., Mueckler M. Cysteine-scanning mutagenesis of transmembrane segment 7 of the GLUT1 glucose transporter (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1999. — Vol. 274, no. 51. — P. 36176—36180. — doi:10.1074/jbc.274.51.36176. — PMID 10593902.
11. Thorens B. Glucose transporters in the regulation of intestinal, renal, and liver glucose fluxes (англ.) // American Physiological Society^[англ.] : journal. — 1996. — Vol. 270, no. 4 Pt 1. — P. G541—53. — PMID 8928783.
12. Joost H., Thorens B. The extended GLUT-family of sugar/polyol transport facilitators: nomenclature, sequence characteristics, and potential function of its novel members (review) (англ.) // Mol. Membr. Biol.^[англ.] : journal. — 2001. — Vol. 18, no. 4. — P. 247—256. — doi:10.1080/09687680110090456. — PMID 11780753.
13. Bell G., Kayano T., Buse J., Burant C., Takeda J., Lin D., Fukumoto H., Seino S. Molecular biology of mammalian glucose transporters (англ.) // Diabetes Care^[англ.] : journal. — 1990. — Vol. 13, no. 3. — P. 198—208. — doi:10.2337/diacare.13.3.198. — PMID 2407475.
14. Page 995 in: Walter F., PhD. Boron. Medical Physiology: A Cellular And Molecular Approaoch (англ.). — Elsevier/Saunders^[англ.], 2003. — P. 1300. — ISBN 1-4160-2328-3.
15. Uldry M., Thorens B. The SLC2 family of facilitated hexose and polyol transporters (англ.) // Pflugers Arch.^[англ.] : journal. — 2004. — Vol. 447, no. 5. — P. 480—489. — doi:10.1007/s00424-003-1085-0. — PMID 12750891.
16. Robert K. Crane, D. Miller and I. Bihler. “The restrictions on possible mechanisms of intestinal transport of sugars”. In: Membrane Transport and Metabolism. Proceedings of a Symposium held in Prague, August 22–27, 1960. Edited by A. Kleinzeller and A. Kotyk. Czech Academy of Sciences, Prague, 1961, pp. 439-449.
17. Wright E. M., Turk E. The sodium/glucose cotransport family SLC5. (англ.) // Pflugers Archiv : European Journal Of Physiology. — 2004. — February (vol. 447, no. 5). — P. 510—518. — doi:10.1007/s00424-003-1063-6. — PMID 12748858. [исправить]

    “Crane in 1961 was the first to formulate the cotransport concept to explain active transport [7]. Specifically, he proposed that the accumulation of glucose in the intestinal epithelium across the brush border membrane was [is] coupled to downhill Na+ transport cross the brush border. This hypothesis was rapidly tested, refined, and extended [to] encompass the active transport of a diverse range of molecules and ions into virtually every cell type.”

18. Boyd C. A. Facts, fantasies and fun in epithelial physiology. (англ.) // Experimental Physiology. — 2008. — March (vol. 93, no. 3). — P. 303—314. — doi:10.1113/expphysiol.2007.037523. — PMID 18192340. [исправить]

    “the insight from this time that remains in all current text books is the notion of Robert Crane published originally as an appendix to a symposium paper published in 1960 (Crane et al. 1960). The key point here was 'flux coupling', the cotransport of sodium and glucose in the apical membrane of the small intestinal epithelial cell. Half a century later this idea has turned into one of the most studied of all transporter proteins (SGLT1), the sodium–glucose cotransporter.”